低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)識別蘇里格氣田低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其分類評價方法

低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)識別蘇里格氣田低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其分類評價方法

低滲透性砂巖氣是非常常見的天然氣資源，該氣藏已成為重要的天然氣來源。低滲透儲層在沉積、埋藏、成巖等地質(zhì)因素的影響下,具有獨(dú)特的滲流機(jī)理和微觀孔隙結(jié)構(gòu),如果沿用碎屑巖儲層的評價方法,則不能完全反映低滲透致密儲層的本質(zhì)特征[10,11,12,13,14,15,16]。因此本文采用壓汞分析和掃描電鏡成像技術(shù)等手段對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類評價,為致密氣藏后期的高效開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地靖邊氣田的蘇里格廟地區(qū),天然氣的探明地質(zhì)儲量6000多億方。工區(qū)為一平緩的西傾單斜,位于伊陜斜坡西北部。儲層平均孔隙度為8.62%,平均滲透率為3.1×10-3μm2,為低孔特低滲氣藏。上古生界是本區(qū)的重要含氣層系。本次研究的目的層段為上古生界下二疊統(tǒng)山西組的山1段和中二疊統(tǒng)石盒子組盒8段。根據(jù)取心井的各類相標(biāo)志綜合分析表明,工區(qū)為辮狀河三角洲沉積相,主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相,包括4種微相類型:水下分流河道、河道間、河口壩和遠(yuǎn)砂壩(圖1)。1膠結(jié)物及儲層儲層評價的核心問題在于對儲集體的有利孔、滲帶進(jìn)行預(yù)測,而成巖作用的研究則是這方面的重點(diǎn)內(nèi)容。根據(jù)工區(qū)102塊鑄體薄片圖像分析,結(jié)合掃描電鏡和埋藏史,認(rèn)為盒8段和山1段的后期成巖作用較強(qiáng)。使儲層的物性變好的有交代和溶蝕作用,而壓實和膠結(jié)作用使儲層物性變差。盒8段和山1段曾為深埋藏環(huán)境,較高的地溫(高于150℃)使成熟度較高的有機(jī)質(zhì)逐漸脫羧基,進(jìn)一步使地層水酸化,促使溶解作用的發(fā)生。發(fā)生溶解的膠結(jié)物主要有長石和方解石以及小部分巖屑和粘土雜基。溶解形成如圖2a所示的次生溶孔。本區(qū)交代作用主要為方解石、鐵方解石、鐵白云石交代巖屑、長石及部分石英。其中以硅酸鹽對巖屑的交代作用最為普遍,對長石的交代次之;晚成巖期形成的粒表綠泥石包膜(圖2b)抑制石英形成次生加大,對孔隙保存有利。盒8段和山1段現(xiàn)今埋深為3200~3800m,古埋深超過3800m,壓實作用較為強(qiáng)烈,顆粒以線點(diǎn)接觸為主,原生粒間孔基本已經(jīng)消失,還有少量殘余粒間孔。本區(qū)儲層膠結(jié)作用主要包括硅質(zhì)、碳酸鹽、自生粘土礦物膠結(jié)3種類型。石英次生加大為硅質(zhì)膠結(jié)的主要類型,部分石英次生加大可達(dá)Ⅱ~Ⅲ級(圖2c)。碳酸鹽膠結(jié)包括3種類型(含鐵方解石、方解石和鐵白云石膠結(jié)),以方解石膠結(jié)為主,鏡下可見方解石連晶膠結(jié)和嵌晶膠結(jié)(圖2c)。粘土礦物主要有高嶺石、綠泥石和伊利石。高嶺石(圖2e)、針葉狀綠泥石、搭橋狀和絲縷狀伊利石(圖2b、d、f),充填于孔隙之中阻塞了孔喉。這些成巖作用是造成工區(qū)儲層低滲的重要原因。2石英原生孔隙根據(jù)工區(qū)鑄體薄片圖像分析(5口取心井共102塊資料),盒8段和山1段發(fā)育原生和次生孔隙,盒8段和山1段的主要儲集空間為次生孔隙。工區(qū)儲層普遍發(fā)育石英次生加大,除少量殘余粒間孔外,原生孔隙基本消失。次生孔隙為盒8段和山1段的主要孔隙類型,包括粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？住⑻钕段飪?nèi)孔隙等(圖3)。本區(qū)最發(fā)育的是粒間溶孔,由成巖流體溶解石英、長石、巖屑等骨架顆粒而形成,它使孔隙度增大到3%~12%。盒8段和山1段還發(fā)育少量長石粒內(nèi)溶孔(長石溶解成蜂窩狀,圖2a)和填隙物內(nèi)溶孔。其孔隙度為4%~9%,平均6.31%。3低滲儲層d應(yīng)用壓汞測試分析了盒8段和山1段52塊樣品,儲層微觀特征如下。(1)孔隙度:為特低孔,平均為8.6%,一般2~18%;(2)滲透率:平均為3×10-3μm2,一般(0.01~35)×10-3μm2,反映了低滲儲層特征;(3)排驅(qū)壓力:一般為0.29~1.82MPa,平均為1.03MPa;(4)最大孔喉半徑:一般為0.38~1.5μm,平均為0.92μm,個別大于2.5μm;(5)孔喉半徑均值:一般為0.09~0.39μm,平均為0.24μm,個別大于0.6μm;(6)最大進(jìn)汞飽和度:一般為20~65%,平均為43%。本次研究依據(jù)儲集層砂巖利用壓汞法所測定的微觀孔喉參數(shù)特征,并結(jié)合壓汞毛管壓力曲線的形態(tài)特征(圖4),將盒8段和山1段微觀孔隙結(jié)構(gòu)分為4類(表1),Ⅰ類為中—高孔中滲儲層,Ⅱ類為中孔低滲儲層,Ⅲ類為中—低孔低滲儲層,Ⅳ類為低孔特低滲儲層。4孔隙度對各參數(shù)的影響本次研究對孔隙度和滲透率與毛管壓力曲線特征參數(shù)分別進(jìn)行了單相關(guān)分析,滲透率與各參數(shù)的相關(guān)性均比孔隙度好,相關(guān)系數(shù)均在0.9以上(圖5)。影響盒8段和山1段儲層物性的主要因素為喉道分選程度和孔喉大小,包括排驅(qū)壓力(Pd)、最大孔喉半徑(Rd)、孔喉半徑均值(Rm)、分選系數(shù)(Sp)、均質(zhì)系數(shù)(α)等參數(shù)。5為評價微觀間隙結(jié)構(gòu)5.1孔隙結(jié)構(gòu)的判別別據(jù)取心井將本區(qū)微觀孔隙結(jié)構(gòu)劃分為4類,然后以壓汞法測定的孔喉參數(shù)作樣本,應(yīng)用聚類和Bayes判別分析,建立了4類判別函數(shù)。用上述公式通過滲透率求取各類微觀參數(shù),并將其帶入下面的判別函數(shù)中,微觀孔隙結(jié)構(gòu)的歸屬類型以判別值最大的函數(shù)為準(zhǔn)。4類儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)判別函數(shù)分別為為了檢驗精度,應(yīng)用上述函數(shù)對樣本進(jìn)行回判,52個樣本的正判率為96.15%,說明判別函數(shù)的精度較高。5.2孔喉結(jié)構(gòu)及儲層精細(xì)排驅(qū)壓力結(jié)合儲集層沉積相、巖石相分析,綜合考慮膠結(jié)作用、壓實作用及溶解作用的程度等,根據(jù)求取的微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(最大孔喉半徑Rd、排驅(qū)壓力Pd、孔喉半徑均值Rm、分選系數(shù)Sp和均質(zhì)系數(shù)α),對全區(qū)各小層的孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行識別后,總結(jié)了各類孔隙結(jié)構(gòu)的主要特征。(1)Ⅰ類儲層:中孔中—低滲儲層。壓汞曲線為具有一定斜率的平臺型,最大進(jìn)汞飽和度較高,平均為74.32%。儲層孔隙度和滲透率中等,平均孔隙度為16.7%,滲透率變化大,在(10~40)×10-3μm2,一般大于15×10-3μm2;排驅(qū)壓力低,平均排驅(qū)壓力小于0.45MPa;最大孔喉半徑為1~1.68μm,平均1.26μm,孔喉半徑均值為0.417μm;平均分選系數(shù)為0.58,均質(zhì)系數(shù)為0.183?？缀硪灾锌字泻硇蜑橹?孔隙結(jié)構(gòu)相對均勻,分選和連通性好,滲流能力強(qiáng)。(2)Ⅱ類儲層:低孔低滲儲層。壓汞曲線為陡坡型,但最大進(jìn)汞飽和度相對較高,平均為65.03%。儲層平均孔隙度為12.4%,滲透率(1~10)×10-3μm2,孔隙度和滲透率較Ⅰ類低;最大孔喉半徑平均為0.93μm,孔喉半徑均值為0.324μm;平均排驅(qū)壓力0.849MPa;平均分選系數(shù)為0.44,均質(zhì)系數(shù)為0.121。孔喉以低孔小喉型為主,滲流能力較強(qiáng),分選性較好。(3)Ⅲ類儲層:特低孔特低滲儲層。壓汞曲線亦為陡坡型且斜率比Ⅱ類儲層更高,最大進(jìn)汞飽和度相對較低,平均為42.75%。儲層孔隙度平均為8.1%,滲透率(0.1~1)×10-3μm2;最大孔喉半徑平均為0.67μm,孔喉半徑均值為0.21μm;平均排驅(qū)壓力1.02MPa;平均分選系數(shù)為0.38,均質(zhì)系數(shù)為0.096。孔喉以小孔細(xì)喉型為主,分選相對較差。(4)Ⅳ類儲層:特低孔超低滲儲層。壓汞曲線為斜率比Ⅲ類儲層更高的陡坡型,最大進(jìn)汞飽和度很低,平均為25.58%。儲層平均孔隙度為3.6%,滲透率(0.01~0.1)×10-3μm2;最大孔喉半徑平均為0.42μm,均值為0.14μm;排驅(qū)壓力高,平均排驅(qū)壓力1.98MPa;平均分選系數(shù)為0.17,均質(zhì)系數(shù)為0.058?？缀斫M合類型以微孔微細(xì)喉型為主,表明儲層滲流阻力大,物性極差。6儲層類型及其儲層結(jié)合儲集空間類型、沉積微相、孔隙度、滲透率的平面分布特征,應(yīng)用聚類和判別分析識別的各小層孔隙結(jié)構(gòu)類型,實現(xiàn)了儲層類型的平面展布。儲層分布與沉積相的平面展布有一定關(guān)系,后期成巖作用對沉積物原始孔隙改造強(qiáng)烈。圖6、圖7為研究區(qū)盒8段和山1段儲層綜合評價成果圖。從圖6來看,盒8段中Ⅰ類儲層主要分布在北部的S31、S22-15井區(qū)、中南部的S39-14、S41-8、S17井區(qū),結(jié)合沉積微相的結(jié)果來看,北部的S22-15井區(qū)、中部的S39-14井區(qū)正是辮狀河三角洲前緣的河口壩發(fā)育的位置,其砂體分選好、孔喉連通好、儲集物性較好、產(chǎn)能高。北部的S31井區(qū)、中部的S41-8、S17井區(qū)正好位于河道中部,亦是物性相對較好的部位。Ⅱ類儲層位于主水道中,為中等產(chǎn)能。Ⅲ類儲層位于河道側(cè)緣,其巖性相對較細(xì),產(chǎn)能較低。Ⅳ類儲層位于遠(yuǎn)砂壩、河道側(cè)緣、河道中間。山1段中Ⅰ類儲層主要發(fā)育在北部的S31井區(qū)、中部的T5、S41-8井區(qū),其中T5井區(qū)為河口壩微相,其余為水下分流河道微相;Ⅱ類儲層主要發(fā)育在中部和南部地區(qū)的水下分流河道微相的主水道中,部分位于河道側(cè)緣中,Ⅲ類儲層主要發(fā)育在河道側(cè)緣中;Ⅳ類儲層主要發(fā)育在遠(yuǎn)砂壩、河道側(cè)緣和河道間中,其余區(qū)域為非儲層(圖7)。由上述分析可知,盒8段和山1段儲層以Ⅱ類為主,其次是Ⅰ類和Ⅲ類儲層,Ⅳ類儲層較少。Ⅰ類和Ⅱ類儲層對低滲透油藏勘探開發(fā)意義較大,應(yīng)作為進(jìn)一步勘探開發(fā)的重點(diǎn)。7儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型的識別(1)盒8段和山1段溶蝕作用強(qiáng)烈,儲層以次生孔隙為主,其成因機(jī)理為深埋藏環(huán)境下有機(jī)質(zhì)釋放的有機(jī)酸促進(jìn)了溶蝕作用,使得微觀孔隙結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜,嚴(yán)重影響了儲集和滲流能力,總體上盒8段儲層的孔隙發(fā)育比山1段儲層要好。(2)選用宏觀和微觀非均質(zhì)參數(shù),應(yīng)用聚類分析和Bayes判別分析方法,結(jié)合儲集空間類型、沉積微相,可以較好地定量識別低滲透儲集層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型。(3)低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類更精細(xì)地表征了影響流體流動的儲集體地下結(jié)構(gòu),結(jié)果表明